RU1838755C - Angular displacement differential capacitive converter - Google Patents
Angular displacement differential capacitive converterInfo
- Publication number
- RU1838755C RU1838755C SU904879410A SU4879410A RU1838755C RU 1838755 C RU1838755 C RU 1838755C SU 904879410 A SU904879410 A SU 904879410A SU 4879410 A SU4879410 A SU 4879410A RU 1838755 C RU1838755 C RU 1838755C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rings
- electrodes
- spirals
- electrode
- fixed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
HOI an Изобретение относитс к измеритель- технике и имеет целью расширение дизона измер емого углового перемещени до 360 и повышение точности путем уменьшени вли ни перекоса элехтродов дифференциального емкостного преобразовател углового перемещени , кот )рый содержит два неподвижных электрода , образованных четырьм кольцами, лежащими в общей плоскости и разделенными изол ционными спирал ми на участки, соединенные между собой определенным образом, Текущие радиусы спиралей св заны между собой заданными математическими соотношени ми. Подвижный электрод, установленный с возможностью вращени в параллельной плоскости, состоит из кольцевых секторов, размещенных диаметрально противоположно в общей плоскости и образующих с неподвижными электродами два конденсатора переменной емкости с дифференциально измен ющимис емкост ми. Имеютс также защитные кольцевые электроды . Измерительна схема, к которой подключены электроды преобразовател , реализуют логометрический метод измере- ни . 1 з.п.ф-лы, 1 ил. СЛ HOI an The invention relates to measuring equipment and is intended to expand the dyson of the measured angular displacement to 360 and increase accuracy by reducing the influence of the skew of the electrodes of the differential capacitive angular displacement transducer, which contains two fixed electrodes formed by four rings lying in a common plane and separated by insulating spirals into sections interconnected in a certain way, the current radii of the spirals are interconnected by specified mathematical relations wear it. A movable electrode mounted rotatably in a parallel plane consists of annular sectors arranged diametrically opposite in the common plane and forming two capacitors of variable capacitance with differentially variable capacities with stationary electrodes. Protective ring electrodes are also available. The measuring circuit to which the transducer electrodes are connected implements a ratiometric measurement method. 1 C.p. f-ls, 1 ill. SL
Description
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени угловых перемещений различ- ны объектов в приборостроении или автоматике .The invention relates to measuring technique and can be used to measure the angular displacements of various objects in instrumentation or automation.
Целью изобретени вл етс расширение диапазона измер емого углового пере- меиени до 360° и повышени точности уменьшени вли ни перекоса электродов .The aim of the invention is to expand the range of the measured angular movement to 360 ° and to increase the accuracy of reducing the effect of skewing of the electrodes.
На чертеже изображены в одной плоскости неподвижные и подвижный электроды имкостного преобразовател и схеыа их подключени к измерительному блоку.The drawing shows in one plane the fixed and movable electrodes of a capacitive transducer and their connection to the measuring unit.
Дифференциальный емкостной преобразователь углового перемещени содержит два, размещенных в одной плоскости, неподвижных электрода, образованных четырьм концентрическими кольцами 1-4 разного диаметра. Площадь каждого из колец разделена на две электрически изолированные части с помощью спиралей 5-8, при этом все спирали возрастают в одном направлении . Начала спиралей первого и четвертого колец расположены на одной линии, проход щей через ось вращени третьего электрода, совпадающую с геометрическим центром колец. Начала спиралей второго и третьего колец наход тс на этойThe differential capacitive angular displacement transducer comprises two stationary electrodes placed in the same plane and formed by four concentric rings 1-4 of different diameters. The area of each of the rings is divided into two electrically isolated parts using spirals 5-8, while all spirals increase in one direction. The beginnings of the spirals of the first and fourth rings are located on the same line passing through the axis of rotation of the third electrode, which coincides with the geometric center of the rings. The beginning of the spirals of the second and third rings are on this
00 СА) 0000 CA) 00
чh
СЛ СЛSL SL
СОWith
же линии с противоположной стороны от центра.the same line from the opposite side from the center.
Первый неподвижный электрод образован электрически соединенными между собой участками колец 1 и 2, ограниченных их внутренними кольцевыми сторонами с радиусами RO и RI и раздел ющими эти кольца спирал ми 5 и 6, а также участками колец 3 и 4, ограниченных спирал ми 7 и 8 и внешними сторонами этих колец с радиусами RS и R4. Второй неподвижный электрод образован остальными электрически соединенными участками четырех колец.The first fixed electrode is formed by electrically interconnected sections of rings 1 and 2, bounded by their inner ring sides with radii RO and RI and the spirals 5 and 6 separating these rings, and also sections of rings 3 and 4 bounded by spirals 7 and 8 and the outer sides of these rings with radii RS and R4. The second fixed electrode is formed by the remaining electrically connected sections of the four rings.
Параллельно двум неподвижным электродам установлен с возможностью вращени третий электрод 9. Эти электроды образуют дифференциальный конденсатор с емкост ми Ci и С2, измен ющимис в функции углового положени третьего;электроДЭ- . . . : . :;-.; .: ;; .. : .... . - .. ,In parallel with two stationary electrodes, a third electrode 9 is mounted rotatably. These electrodes form a differential capacitor with capacitances Ci and C2 varying as a function of the angular position of the third; electrode. . . :. :; - .; .: ;; ..: ..... - ..,
Третий электрод 9 состоит из двух провод щих кольцевых секторов 10 и 11, размещенных напротив колец 1 и 4, неподвижных электродов и третьего провод щего кольцевого сектора 12, расположенного диамет- ральнр противоположно относительно первых двух и размещенного напротив колец 2 и 3 неподвижных электродов.The third electrode 9 consists of two conductive ring sectors 10 and 11 located opposite the rings 1 and 4, fixed electrodes and a third conductive ring sector 12 located diametrically opposite to the first two and opposite the rings 2 and 3 of the fixed electrodes.
Углова величина а секторов электрода 9 (фиг.1} может быть.выбрана произвольной, при этом надо учитывать, что при малой величине а мала абсолютна емкость преобразовател , с другой стороны, увеличение а приводит к уменьшению диапазона измер емых углов, равного (360°- и). ; The angular value a of the sectors of the electrode 9 (Fig. 1} can be chosen arbitrarily, it should be borne in mind that for a small value a the absolute capacity of the converter is small, on the other hand, an increase in a leads to a decrease in the range of measured angles equal to (360 ° - and).;
Текущие радиусы.п спиралей определ ютс из услови компенсации перекосов электродов и требуемой зависимости результирующей емкости преобразовател С отугла поворота подвижного электрода9 относительно неподвижных электродов. Значени текущих радиусов п спиралей получены путем разложени в р д Тейлора результирующей емкости преобразовател и приравнивани нулю линейного и квадратичного членов разложени . Последнее уравнение дл нахождени п получаетс за счет выбора требуемой зависимости результирующей емкости С от угла поворота р электрода 9 и выражени этой зависимости . через текущие радиусы п спиралей. При составлении уравнений учтено небольшое радиальное рассто ние между кольцами неподвижных электродов, необходимое дл их изол ции друг от друга.The current radii of the spirals are determined from the condition of compensating the distortions of the electrodes and the required dependence of the resulting capacitance of the transducer C from the angle of rotation of the movable electrode 9 relative to the stationary electrodes. The values of the current radii of n spirals are obtained by expanding in the Taylor series the resulting capacitance of the transducer and equating to zero the linear and quadratic terms of the expansion. The last equation for finding n is obtained by choosing the desired dependence of the resulting capacitance C on the angle of rotation p of the electrode 9 and expressing this dependence. through the current radii of n spirals. In the preparation of the equations, a small radial distance between the rings of the stationary electrodes is taken into account, which is necessary for their isolation from each other.
В случае, когда диэлектрическа проницаемость Ј преобразовател посто нна во врем его работы, измерительный блок 13 представл ет собой устройство, выходноеIn the case when the dielectric constant Ј of the converter is constant during its operation, the measuring unit 13 is an output device
напр жение которого пр мопропорцио- нально результирующей емкости С Ci-C2. Если диэлектрическа проницаемость к существенно измен етс во врем работы,the voltage of which is directly proportional to the resulting capacitance C Ci-C2. If the dielectric constant k varies significantly during operation,
преобразователь снабжаетс дополнительным посто нным конденсатором с емкостью Сз, диэлектрическа проницаемость которого зависит от параметров внешней среды так же, как и у результирующей емкости преобразовател . Измерительный блок 13 содержит в этом случае дополнительный блок делени . Выходное напр жение измерительного блока при этом пр мопропорци fthe converter is equipped with an additional constant capacitor with a capacitance C3, the dielectric constant of which depends on the parameters of the external environment in the same way as the resulting capacitance of the converter. The measuring unit 13 comprises in this case an additional division unit. The output voltage of the measuring unit is then proportional to f
онально отношению ,only relationship
В качестве емкости Сз целесообразно использовать суммарную емкость Сч + €2. Однако эта емкость в значительной степени зависит от угла перекоса между электрода- ми, так как ее разложение в р д Тейлора включает не равный нулю квадратичныйIt is advisable to use the total capacity of Sch + € 2 as the capacitance Cz. However, this capacitance largely depends on the skew angle between the electrodes, since its expansion in the Taylor series includes a non-zero quadratic
Член. ; л./.- :. . ...: ;Member. ; l ./.-:. . ...:;
Дл . устранени этого недостатка преобразователь снабжен двум дополнитель .ными кольцевыми электродами 14 и 15, которые расположены в одной плоскости с неподвижными электродами, а также двум дополнительными кольцевыми секторами 16 и 17, которые расположены в одной плоскости с подвижным электродом 9. Электроды 14 и 15 электрически св заны между собой, подключены к измерительному блоку 13 и расположены концентрично с двум неподвижными электродами, охватыва ихFor To eliminate this drawback, the converter is equipped with two additional ring electrodes 14 and 15, which are located in the same plane as the stationary electrodes, as well as two additional ring sectors 16 and 17, which are located in the same plane as the movable electrode 9. The electrodes 14 and 15 are electrically connected interconnected, connected to the measuring unit 13 and arranged concentrically with two stationary electrodes, covering them
снаружи.outside.
Кольцевые секторы 16 и 17 расположены напротив колец 14 и 15 соответственно и при этом диаметрально противоположно друг другу, а также электрически соединеныThe annular sectors 16 and 17 are located opposite the rings 14 and 15, respectively, while being diametrically opposed to each other, as well as electrically connected
с подвижным электродом 9. Кольцевые сектора 16 и 17 образуют с кольцевыми электродами 14 и 15 два параллельно включенных конденсатора суммарной емкостью GI. Геометрические размеры электродов 14 и 15 и секторов 16 и 17 выбираютс таким образом, чтобы в разложении в р д Тейлора С4 по углу перекоса электродов линейный член разложени был равен 0, а квадратичный член разложени был равенwith a movable electrode 9. The ring sectors 16 and 17 form with the ring electrodes 14 and 15 two parallel capacitors with a total capacity of GI. The geometric dimensions of the electrodes 14 and 15 and sectors 16 and 17 are selected so that in the expansion in the Taylor series C4 along the angle of the skew of the electrodes, the linear term of decomposition is equal to 0, and the quadratic term of decomposition is equal to
аналогичному члену разложени Ci + €2- В случае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены по одной линии с секторами по- . движногр электрода 9, емкость Сз Ci + С - С4 не зависит от перекоса электродов сto the similar expansion term Ci + € 2- In case the ring sectors 16 and 17 are located in a line with the sectors along. movable electrode 9, capacitance Cz Ci + C - C4 is independent of the bias of the electrodes with
5 точностью до квадратичного члена разложени . В случае, если кольцевые сектора 16 и 17 расположены перпендикул рно секторам подвижного электрода 9, емкость Сз Ci + С2 + Сз также не зависит от перекоса5 accurate to the quadratic term of the expansion. If the ring sectors 16 and 17 are perpendicular to the sectors of the movable electrode 9, the capacitance C3 Ci + C2 + C3 also does not depend on the skew
ектродов с точностью до квадратичного ена разложени .electrodes up to quadratic decomposition.
В том случае, если спирали 5, 6, 7, 8, образующие неподвижные электроды, имеют значительную толщину и нарушаетс условие Ci + С2 const, кольцевые электроды til и 15 необходимо незначительно спрофи- фовать из услови Сз const, Если метал- 1заци неподвижных электродов нанесена HiJ их внутреннюю поверхность, то в кольцах электродов 14 и 15 необходимо сделать уз- ie прорези дл выводов неподвижных э ектродов за пределы преобразовател . Г эй металлизации неподвижных электро- дэв на наружной поверхности этого делать ;з требуетс . Измерительный блок 13 при наличии конденсатора С4 содержит допол- лтёльный блок суммировани , а его выход- be напр жение пр мопропорционально следующему соотношению: С|-С2In the event that the spirals 5, 6, 7, 8, which form the stationary electrodes, have a significant thickness and the condition Ci + C2 const is violated, the ring electrodes til and 15 need to be slightly profiled from the condition C3 const, If the metallization of the stationary electrodes HiJ is applied on their inner surface, then in the rings of the electrodes 14 and 15 it is necessary to make narrow cuts for the conclusions of the stationary electrodes outside the converter. G hey metallization of stationary electrodes on the outer surface to do this; z is required. The measuring unit 13 in the presence of the capacitor C4 contains an additional summing unit, and its output is the voltage in direct proportion to the following ratio: C | -C2
Сз ; .. Sz; ..
Устройство работает следующим обра- зЬм. При угловом перемещении подвижного электрода 9 относительно неподвижных электродов мен етс площадь перекрыти ежду ними, следовательно, мен етс ре- льтирующа емкость преобразовател . Г ри возникновении перекоса между подвижными и неподвижными электродами, емкости Ci и С2 измен ютс одинаковым образом. Следовательно, результирующа емкость Ci-Сз не будет зависит от перекоса электродов.The device operates as follows. With the angular movement of the movable electrode 9 relative to the stationary electrodes, the overlap area between them changes, therefore, the converter capacitance changes. In the event of a skew occurring between the movable and fixed electrodes, the capacitances Ci and C2 change in the same way. Consequently, the resulting capacitance Ci-C3 will not depend on the skewness of the electrodes.
Данный преобразователь позвол ет уменьшить погрешность, вносимую перекосами электродов, в 3-5 раз или при исход- кой погрешности - соответственно уменьшить габариты устройства.This converter allows reducing the error introduced by the distortions of the electrodes by 3-5 times or, with the initial error, reducing the dimensions of the device accordingly.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904879410A RU1838755C (en) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | Angular displacement differential capacitive converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904879410A RU1838755C (en) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | Angular displacement differential capacitive converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1838755C true RU1838755C (en) | 1993-08-30 |
Family
ID=21543474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904879410A RU1838755C (en) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | Angular displacement differential capacitive converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1838755C (en) |
-
1990
- 1990-10-30 RU SU904879410A patent/RU1838755C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент US № 4095263. кл. Н 01 G 5/06, 1978. Авторское свидетельство СССР N; 599644,кл. G 01 В 7/30,1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU593674A3 (en) | Pressure pickup | |
US4238781A (en) | Capacitive angular displacement transducer for remote meter reading | |
US4092579A (en) | Brushless printed circuit resolver | |
US3732553A (en) | Capacitive pick-off transducer | |
US2968031A (en) | Electronic micrometer | |
US2674729A (en) | Measuring apparatus | |
US3750476A (en) | Pressure transducer | |
US3487402A (en) | Digital capacitance motion transducer | |
GB2118720A (en) | Capacitive position transducers | |
RU1838755C (en) | Angular displacement differential capacitive converter | |
US3121839A (en) | Capacitive pickoff for displacement signal generator | |
US2614171A (en) | Electrical apparatus for measuring angles | |
US3355806A (en) | Test standard device for discrete angle values | |
JPH05172571A (en) | Slope angle sensor | |
RU173573U1 (en) | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR | |
RU1775037C (en) | Differential capacitive angle displacement transducer | |
US3760254A (en) | Three-terminal capacitive servomechanism | |
SU1599644A1 (en) | Differential capacitive transducer of displacements | |
RU1768954C (en) | Differential capacitive angular displacement transducer | |
SU1226015A1 (en) | Differential variable-capacitance linear displacement transducer | |
SU1249319A1 (en) | Capacitive transducer of angular shifts with variable gap | |
US3384816A (en) | Angular measurement device | |
US8829925B2 (en) | Capacitive position sensor | |
SU1323850A1 (en) | Angular displacement differential transducer | |
SU1249309A1 (en) | Capacitive meter of angular shifts |